Nghiên cứu thiết kế hệ thống tự động giám sát các thông số của mô hình nhà máy nhiệt điện dầu, ứng dụng trong đầu tạo

luận văn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-o0o - TR¦¥NG VÜNH THÞNH

“ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ TỰ ðỘNG GIÁM SÁT CÁC THÔNG SỐ CỦA MÔ HÌNH NHÀ MÁY NHIỆT ðIỆN DẦU V10CF/D0/125 - ỨNG DỤNG TRONG ðÀO TẠO.”

Chuyên ngành: ðiện khí hoá sản xuất nông nghiệp và nông thôn

Mã số : 60 52 54

Người hướng dẫn khoa học: TS HOÀNG NGỌC NHÂN

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan rằng: số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực

và chưa hề sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào

Tôi xin cam ñoan rằng: mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn ñã ñược cảm ơn

và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñược chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả luận văn

Trương Vĩnh Thịnh

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận văn, tôi ñã nhận ñược sự giúp ñỡ nhiệt tình của các tập thể và cá nhân các Thầy Cô giáo: Trường ðHNN Hà Nội, Trường ðHBK Hà Nội, Trường ðHðL Hà Nội và của các bạn bè, ñồng nghiệp

Tôi xin chân thành cảm ơn TS Hoàng Ngọc Nhân, Thạc sỹ Vũ Duy Thuận, Thạc sỹ

Lã Văn Thắng Trường ðHðL Hà Nội Cảm ơn các Thầy Cô giáo trong Bộ môn ñiện, Khoa cơ ñiện, Viện sau ñại học Trường ðHNN Hà Nội Cảm ơn Khoa công nghệ tự ñộng - Trường ðHðL Hà Nội Cảm ơn các bạn bè và ñồng nghiệp ñã tận tình giúp ñỡ tôi nghiên cứu hoàn thành luận văn này

Trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn, vì thời gian và trình ñộ có hạn, nên không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận ñược ý kiến ñóng góp chân thành của các Thầy Cô và bạn bè ñồng nghiệp

Tác giả luận văn

Trương Vĩnh Thịnh

MỤC LỤC.

Trang Lời cam ñoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục các bảng vi

Danh mục các hình vii

MỞ ðẦU 1

1 ðặt vấn ñề 1

2 Mục ñích và nhiệm vụ nghiên cứu của luận văn 2

2.1 Mục ñích nghiên cứu của ñề tài 2

2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu của ñề tài 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT……3

1.1 ðịnh nghĩa hệ thống SCADA……… 3

1.2 Phân loại hệ thống SCADA……… ………. … 4

1.3 Những chuẩn ñể ñánh giá một hệ thống SCADA……… 5

1.4 Cấu trúc chung của hệ SCADA……… ……6

1.5 Mô hình phân cấp chức năng……… 8

1.5.1 Mô hình phân cấp……… … …….……8

1.5.2 Chức năng nhiệm vụ từng cấp……… ….10

1.6 Kết luận……… …… 12

CHƯƠNG 2 KHẢO SÁT MÔ HÌNH NHÀ MÁY NHIỆT ðIỆN V10CF/D0/125 ……….13

2.1 Giới thiệu về mô hình nhà máy nhiệt ñiện……… … … …… 13

2.2 Hiện trạng của mô hình nhà máy nhiệt ñiện……… … …… … …18

2.3 Giải pháp tự ñộng hóa cho mô hình nhà máy ñiện…… …… ……… …18

2.3.1 Bảo dưỡng, vận hành lại mô hình nhà máy nhiệt ñiện………… ……… 18

2.3.2 Tự ñộng hoá cho nhà máy nhiệt ñiện………… ……… 19

2.3.3 Yêu cầu bài toán thực tế cho giám sát mô hình nhà máy nhiệt ñiện… …… … … 20

2.4 Kết luận ………21

CHƯƠNG 3 GIẢI PHÁP THỰC HIỆN……….… …… 22

3.1 Lựa chọn cấu trúc phần cứng cho hệ ñiều khiển giám sát……… ………… 22

3.1.1 Lựa chọn phần cứng……… … ….…23

3.1.1.1 Sơ ñồ cấu trúc phần cứng……… … ….23

3.1.1.2 Thiết bị phần cứng……… … 23

3.1.2 Sơ ñồ ñấu dây ñầu vào module SM 331 8AI 13 bits……… … … 24

3.2 Nghiên cứu kỹ thuật phần cứng hệ SIMATIC PLC S7 – 300….……… ……27

3.2.1 Những khái niệm chung về PLC……… 27

3.2.2 Các module của PLC S7-300……… ……… 29

3.2.3 Cấu trúc bộ nhớ của PLC S7 – 300……… 32

3.2.4 Vòng quét chương trình ……….…… … 34

3.2.5 Cấu trúc chương trình……… …… 35

3.2.6 Ngôn ngữ lập trình……… 36

3.3 Phần mềm lập trình………….……… 37

3.4 Các bước ñể tạo một Project mới với WinCC (Xem phụ lục 1)……… 37

3.5 Chương trình thu thập và xử lý thông tin ño ñược từ cảm biến……… 38

3.5.1 Chương trình chính thu thập và xử lý thông tin……….….………… … 38

3.5.2 Chương trình con…….……….………… 40

3.5.2.1 Thuật toán quét dữ liệu……….…….…… 40

3.5.2.2 Thuật toán chuyển ñổi……….….………….41

3.5.2.3 Thuật toán ñọc và hiển thị kết quả……….…… 42

3.5.2.4 Thuật toán chuyển ñổi giá trị ñặt……….…….… 43

3.6 Khảo sát, thực nghiệm các ñường ñặc tuyến của cảm biến và xây dựng hàm

3.6.1 Khảo sát các ñường ñặc tuyến……….……… 44

3.6.2 Thực nghiệm các ñường ñặc tuyến trên PLC……… 45

3.6.3 Xây dựng ñồ thị biểu diễn quan hệ giữa ñầu vào và ñầu ra……… 47

3.6.4 Xây dựng hàm……… ………… …… 47

3.6.4.1 Cơ sở lý thuyết……… 47

3.6.4.2 Phần lập trình xây dựng hàm (phụ lục 2)……….…48

3.7 Khảo sát thực nghiệm ñầu vào số……….… 48

3.8 Chương trình giám sát và thu thập từ cảm biến (phụ lục 3)………… ….… 50

3.9 Phần mềm thiết kế giao diện giám sát……… 50

3.10 Thiết kế cấu hình mạng MPI cho việc truyền thông giữa PLC – PC – TP177A (phụ lục 4) ……… …53

3.11 Phần mềm thiết kế giao diện với màn hình cảm ứng……… 54

3.11.1 Xây dựng phần mềm giao diện giữa người và màn hình cảm ứng.……… ….56

3.11.2 Xây dựng phần mềm giao diện cảnh báo, báo cáo hệ thống……….…….56

3.12 Giới hạn các thông số và ñánh giá về sai số 58

3.13 Kết luận………59

KẾT LUẬN, ðỀ XUẤT GIẢI PHÁP……….……… 60

Tài liệu tham khảo……….……… … 61

Phụ lục 1.Các bước ñể tạo một Project mới với WinCC……… ……… ….62

Phụ lục 2.Lập trình xây dựng hàm 69

Phụ lục 3.Chương trình giám sát thu thập từ cảm biến 78

Phụ luc 4 Thiết kế cấu hình mạng MPI cho việc truyền thông giữa PLC-PC-Tp177A 90

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Các ñại lượng và số lượng ñiểm cần giám sát tự ñộng……… 20

Bảng 3.1 So sánh ñặc ñiểm các nguyên lý ñiều khiển chính trong công nghiệp…… 22

Bảng 3.2 Miêu tả dải ño của Module Analog SM 331 8AI 13 bits…… 24

Bảng 3.3 Hệ thống cảm biến và thiết bị cảnh báo……… ……… 27

Bảng 3.4: Qui tắc xác ñịnh ñịa chỉ cho các module số và module tương tự………… 31

Bảng 3.5 ðịa chỉ vào/ra của module: (CPU 313C & SM 331 8AI 13bits)……… …32

Bảng 3.6 Quy ước ñịa chỉ các ñầu vào PLC của cảm biến……… ……….38

Bảng 3.7 Quy ước ñịa chỉ các ñầu ra cảnh báo……… 38

Bảng 3.8 Giao diện cảnh báo hệ thống thu thập dữ liệu………… ……….57

Bảng 3.9 Màn hình hiển thị các giá trị ño theo thời gian……… 58

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Cấu trúc chung của hệ SCADA……… …6

Hình 1.2 Tổ chức truy cập ……… ……….……… 7

Hình 1.3 Mô hình phân cấp……… 8

Hình 2.1 Hình ảnh tổng thể của mô hình nhà máy nhiệt ñiện……… 13

Hình 2.2 Sơ ñồ công nghệ của mô hình nhà máy nhiệt ñiện……….14

Hình 2.3 Turbine và máy phát……… 16

Hình 2.4 Sơ ñồ cấu trúc của hệ SCADA cho mô hình nhà máy ñiện……… 20

Hình 2.5 Sơ ñồ các ñiểm ño của mô hình nhà máy nhiệt ñiện……… 21

Hình 3.1 Sơ ñồ cấu trúc phần cứng ứng dụng cho hệ ñiều khiển giám sát………… 23

Hình 3.2 Sơ ñồ ñấu dây kỹ thuật khi ñầu vào là V……… 25

Hình 3.3 Sơ ñồ ñấu dây kỹ thuật khi ñầu vào là mA 25

Hình 3.4 Sơ ñồ ñấu dây các cảm biến vào module SM331 26

Hình 3.5 Nguyên lý chung về cấu trúc của một bộ ñiều khiển logic khả trình……….28

Hình 3.6 Sơ ñồ bố trí các Modul của PLC……… ……… 30

Hình 3.7 Vòng quét chương trình……… 34

Hình 3.8 Sơ ñồ khối kiểu lập trình tuyến tính……… ……… 35

Hình 3.9 Sơ ñồ khối kiểu lập trình có cấu trúc……… 35

Hình 3.10 Ba kiểu ngôn ngữ lập trình chính chính của S7-300……… ……….36

Hình 3.11 Thuật toán chính thu thập và xử lý thông tin ño ñược từ cảm biến.…… 39

Hình 3.12 Thuật toán quét dữ liệu……… ………….40

Hình 3.13 Thuật toán chuyển ñổi ……… ……… 41

Hình 3.14 Thuật toán ñọc và hiển thị kết quả……… 42

Hình 3.15 Thuật toán cảnh báo quá giá trị ñặt……… 43

Hình 3.16 ðặc tuyến quan hệ giữa Nhiệt ñộ với ñiện trở của Pt100……… ….44

Hình 3.17 ðặc tuyến quan hệ giữa Ura với cảm biến áp suất (Pressure sensor)…… 44

Hình 3.18 Thực nghiệm quan hệ giữa Nhiệt ñộ với số hóa trong PLC của Pt100 ….45

Hình 3.19 Thực nghiệm quan hệ giữa Dòng ñiện với số hóa trong PLC…… 46

Hình 3.20 ðồ thị biểu diễn quan hệ giữa ñầu vào và ñầu ra……… 47

Hình 3.21 Giao diện chính trên màn hình giám sát……… ……… 50

Hình 3.22 Giao diện calib trước khi ño……… 51

Hình 3.23 Giao diện dạng biểu ñồ……… … 52

Hình 3.24 Giao diện ñồ hoạ……… …53

MỞ đẦU

1 đẶT VẤN đỀ

Khát vọng về một thế giới ngày càng có nhiều ựiện năng hơn chưa từng ựược thỏa mãn điều ựó ựòi hỏi phải có những ựầu tư cho việc nghiên cứu các nguồn năng lượng khác nhau Bên cạch các nguồn năng lượng truyền thống như thuỷ ựiện, nhiệt ựiện còn

có các nguồn năng lượng khác như năng lượng tái tạo, năng lượng gió, năng lượng ựịa

nhiệt, năng lượng mặt trời, năng lượng hạt nhân

Nhu cầu sử dụng ựiện năng của nước ta ngày càng cao cùng với sự phát triển về kinh

tế xã hội Vì vậy trong những năm gần ựây dự án các nhà máy ựiện ựã và ựang ựược phát triển nhanh chóng đòi hỏi phải có một nguồn nhân lực chất lượng cao, ựặt biệt trong lĩnh vực tự ựộng ựiều khiển, do ựó việc ựào tạo sát với thực tiễn là rất cần thiết Hiện nay hàng năm nước ta sản xuất ra khoảng 50 tỷ KWh Theo quy hoạch phát triển của điện lực Việt nam, trong năm 2010 sẽ xây dựng thêm 32 nhà máy ựiện với tổng công suất 9500MW và ựến năm 2020, khi nước ta cơ bản trở thành nước công nghiệp thì phải cần ựến 250 tỷ KWh

để nâng cao chất lượng ựiện năng, ựòi hỏi các nhà máy ựiện phải ựược tự ựộng hoá ở mức cao Trong hệ thống tự ựộng, việc giám sát tự ựộng các thông số của nhà máy ựiện

là công ựoạn ựầu tiên và rất quan trọng của quá trình, nó quyết ựịnh ựến hoạt

ựộng chắnh xác hay không của hệ thống Việc giám sát này không những góp phần

tự ựộng hoá của hệ thống mà còn giúp cho quá trình giám sát biến ựổi nhanh ựược tốt hơn, nhằm phân tắch các quá trình công nghệ một cách hiệu quả

được sự hướng dẫn của Giảng viên: TS Hoàng Ngọc Nhân Trường đại học điện lực

Hà nội và các Thầy cô trong khoa cơ ựiện Trường đại học Nông nghiệp Hà nội, chúng tôi chọn ựề tài luận văn:

Ộ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ TỰ đỘNG GIÁM SÁT CÁC THÔNG SỐ CỦA MÔ HÌNH NHÀ MÁY NHIỆT đIỆN DẦU V10CF/D0/125 - ỨNG DỤNG TRONG đÀO TẠO.Ợ

2 MỤC ðÍCH VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU CỦA ðỀ TÀI

2.1 MỤC ðÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ðỀ TÀI

Nghiên cứu cấu trúc của hệ thu thập và giám sát dữ liệu, từ ñó làm cơ sở thiết kế hệ

thống giám sát tự ñộng, ứng dụng cho mô hình nhà máy Nhiệt ñiện dầu V10CF/D0/125

tại Trường ðại học ðiện lực Hà Nội

Nâng cao khả năng thực hiện các dự án tự ñộng hoá trong nhà máy ñiện cũng như trong các nhà máy công nghiệp khác

Giúp nâng cao khả năng nghiên cứu của giảng viên ñể nâng cao chất lượng ñào tạo cho sinh viên của các ngành: Năng lượng, tự ñộng hoá, hệ thống ñiện…

Là giáo cụ dạy học cho sinh viên ngành năng lượng, tự ñộng hoá và hệ thống ñiện

Hệ thống này là mô hình thu nhỏ của các nhà máy ñiện, do vậy sẽ giúp sinh viên sau khi ra trường có thể làm quen và tiếp cận công nghệ sản xuất trong các nhà máy ñiện một cách nhanh nhất

2.2 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU CỦA ðỀ TÀI

2.2.1 Tìm hiểu cấu trúc của hệ thu thập và giám sát dữ liệu

2.2.2 Khảo sát mô hình nhà máy nhiệt ñiện V10CF/D0/125 tại trường ðH ðiện lực 2.2.3 Khảo sát các ñiểm ño:(nhiệt ñộ, ñiện áp, dòng ñiện, tốc ñộ ), lựa chọn các cảm biến sử dụng cho hệ thống

2.2.4 Nghiên cứu thiết bị ñiều khiển quá trình

Nghiên cứu phần cứng và phần mềm SIMATIC S7 – 300

Nghiên cứu phần mềm giao diện ñiều khiển WINCC của hãng SIEMENS

2.2.5 Nghiên cứu thực nghiệm

Khảo sát, thực nghiệm quan hệ ñặc tuyến của các cảm biến với các chỉ số trong PLC

Xây dựng chương trình phần mềm giám sát tự ñộng cho hệ thống trên nền hệ thiết bị ñiều khiển logic khả trình (PLC S7 – 300)

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN VÀ

GIÁM SÁT

Hệ thống ñiều khiển và giám sát bao gồm toàn bộ các giải pháp hệ thống nhằm bảo ñảm các yêu cầu chức năng của quá trình kỹ thuật như: năng suất, chất lượng, an toàn cho người, máy móc và môi trường Cụ thể quan hệ giữa các ñại lượng ñầu vào và ñầu

ra của quá trình kỹ thuật phải ñược ñiều khiển theo một mô hình cho trước trong khi có tác ñộng của môi trường xung quanh, ñồng thời ảnh hưởng xấu của quá trình kỹ thuật ñối với con người và môi trường xung quanh phải ñược giảm thiểu Hiện nay, hệ thống ñiều khiển giám sát có xu hướng phát triển theo sự tích hợp Tùy thuộc vào quy mô sản xuất mà người ta áp dụng mô hình hệ thống ñiều khiển khác nhau Với các hệ thống vừa và nhỏ, số lượng ñiểm ño và thiết bị thường ít thì hay sử dụng hệ SCADA; còn ñối với các hệ thống lớn, người ta thường sử dụng hệ DCS Qua nghiên cứu, khảo sát thực nghiệm về mô hình nhà máy nhiệt ñiện V10CF/D0/125 tại trường ðại học ðiện lực, chúng tôi lựa chọn hệ SCADA ñể ñiều khiển và giám sát

1.1 ðịnh nghĩa hệ thống SCADA

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition): là một hệ thống ñiều khiển

giám sát và thu thập dữ liệu, nói một cách khác là một hệ thống hỗ trợ con người trong việc giám sát và ñiều khiển từ xa, ở cấp cao hơn hệ ñiều khiển tự ñộng thông thường

ðể có thể ñiều khiển và giám sát từ xa thì hệ SCADA phải có hệ thống truy cập, truyền

tải dữ liệu cũng như hệ giao diện người và máy (HMI - Human Machine Interface)

Trong hệ thống ñiều khiển giám sát thì HMI là một thành phần quan trọng không chỉ ở cấp ñiều khiển giám sát mà ở các cấp thấp hơn người ta cũng cần giao diện người và máy ñể phục vụ cho việc quan sát và thao tác vận hành ở cấp ñiều khiển cục bộ.Vì lý

do giá thành, ñặc ñiểm kỹ thuật nên các màn hình vận hành (OP - Operator Panel), màn hình chạm (TP - Touch Panel), Multi Panel chuyên dụng ñược sử dụng nhiều và

chiếm vai trò quan trọng hơn

Nếu nhìn nhận SCADA theo quan ñiểm truyền thống thì nó là một hệ thống mạng và thiết bị có nhiệm vụ thuần tuý là thu thập dữ liệu từ các trạm ở xa và truyền tải về khu trung tâm ñể xử lý Trong các hệ thống như vậy thì hệ truyền thông và phần cứng ñược ñặt lên hàng ñầu và cần sự quan tâm nhiều hơn Trong những năm gần ñây sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ truyền thông công nghiệp và công nghệ phần mềm trong công nghiệp ñã ñem lại nhiều khả năng và giải pháp mới nên trọng tâm của công việc thiết

kế xây dựng hệ thống SCADA là lựa chọn công cụ phần mềm thiết kế giao diện và các giải pháp tích hợp hệ thống

1.2 Phân loại hệ thống SCADA

Các hệ thống SCADA ñược phân làm bốn nhóm chính với các chức năng:

- SCADA ñộc lập / SCADA nối mạng

- SCADA không có khả năng ñồ hoạ / SCADA có khả năng xử lý ñồ hoạ thông tin thời gian thực

Bốn nhóm chính của hệ thống SCADA:

Hệ thống SCADA mù (Blind): ðây là hệ thống ñơn giản, nó không có bộ phận giám sát Nhiệm vụ chủ yếu của hệ thống này thu thập và xử lý dữ liệu bằng ñồ thị Do tính ñơn giản nên giá thành thấp

Hệ thống SCADA xử lý ñồ hoạ thông tin thời gian thực: ðây là hệ thống SCADA có khả năng giám sát và thu thập dữ liệu Nhờ tập tin cấu hình của máy khai báo trước ñây

mà hệ có khả năng mô phỏng tiến trình hoạt ñộng của hệ thống sản xuất Tập tin cấu hình ghi lại trạng thái hoạt ñộng của hệ thống Khi xảy ra sự cố thì hệ thống có thể báo cho người vận hành ñể xử lý kịp thời Cũng có thể hệ sẽ phát ra tín hiệu ñiều khiển dừng hoạt ñộng của tất cả máy móc

Hệ thống SCADA ñộc lập: ðây là hệ có khả năng giám sát và thu thập dữ liệu với một

bộ vi xử lý Hệ này chỉ có thể ñiều khiển ñược một hoặc hai máy móc Vì vậy hệ này chỉ phù hợp với những sản xuất nhỏ, sản xuất chi tiết

Hệ thống SCADA mạng: ðây là hệ có khả năng giám sát và thu thập dữ liệu với nhiều

bộ vi xử lý Các máy tính giám sát ñược nối mạng với nhau Hệ này có khả năng ñiều khiển ñược nhiều nhóm máy móc, tạo nên dây chuyền sản xuất Qua mạng truyền thông, hệ thống ñược kết nối với phòng quản lý, phòng ñiều khiển, có thể nhận quyết ñịnh ñiều khiển trực tiếp từ phòng quản lý hoặc từ phòng thiết kế Từ phòng ñiều khiển

có thể ñiều khiển hoạt ñộng của các thiết bị ở xa

1.3 Những chuẩn ñể ñánh giá một hệ thống SCADA

ðể ñánh giá một hệ thống ñiều khiển và giám sát SCADA ta cần phải phân tích các ñặc ñiểm của hệ thống theo một số các tiêu chuẩn sau:

Khả năng hỗ trợ của công cụ phần mềm ñối với việc thực hiện xây dựng các màn hình giao diện

Số lượng và chất lượng của các thành phần ñồ hoạ có sẵn, khả năng truy cập và cách kết nối dữ liệu từ các quá trình kỹ thuật (trực tiếp từ các cơ cấu chấp hành, sensor, module vào/ra qua PLC hay các hệ thống bus trường)

Tính năng mở của hệ thống, chuẩn hoá các giao diện quá trình, khả năng hỗ trợ xây

dựng các chức năng trao ñổi tin tức (Messaging), xử lý sự kiện và sự cố (Event and

Alarm ), lưu trữ thông tin (Archive and History) và lập báo cáo (Reporting)

Tính năng thời gian thực và hiệu suất trao ñổi thông tin, ñối với nền Windows: hỗ trợ sử dụng mô hình phần mềm WINCC

1.4 Cấu trỳc chung của hệ SCADA

Cấu trỳc chung của hệ SCADA ủược minh hoạ trong hỡnh 1.1

Hệ thống điều khiển giám sát

Thiết bị điều khiển tự động

NI

Nối trực tiếp

Nối qua mạng NI: (Network Interface) Giao diện mạng I/O: (Input/Output) Vào/Ra

Hỡnh 1.1 Cấu trỳc chung của hệ SCADA

Trong hệ thống ủiều khiển giỏm sỏt, cỏc cảm biến và cơ cấu chấp hành ủúng vai trũ là giao diện giữa thiết bị ủiều khiển với quỏ trỡnh kỹ thuật Cũn hệ thống ủiều khiển giỏm sỏt ủúng vai trũ là giao diện giữa người và mỏy Cỏc thiết bị và cỏc bộ phận của hệ

thống ủược ghộp nối với nhau theo kiểu ủiểm-ủiểm (Point to Point) hoặc qua mạng

truyền thụng Tớn hiệu thu ủược từ cảm biến cú thể là tớn hiệu nhị phõn, tớn hiệu số hoặc tương tự Khi xử lý trong mỏy tớnh, chỳng phải ủược chuyển ủổi cho phự hợp với cỏc chuẩn giao diện vào/ra của mỏy tớnh

Cỏc thành phần chớnh của hệ thống SCADA bao gồm:

Giao diện quỏ trỡnh: bao gồm cỏc cảm biến, thiết bị ủo, thiết bị chuyển ủổi và cỏc cơ

cấu chấp hành

Thiết bị ủiều khiển tự ủộng: gồm cỏc bộ ủiều khiển chuyờn dụng (PID), cỏc bộ ủiều

khiển khả trỡnh PLC (Programmable Logic Controller), cỏc thiết bị ủiều chỉnh số ủơn

lẻ CDC (Compact Digital Controller) và mỏy tớnh PC với cỏc phần mềm ủiều khiển

tương ứng

Hệ thống ủiều khiển giỏm sỏt: gồm cỏc phần mềm và giao diện người và mỏy HMI,

cỏc trạm kỹ thuật, trạm vận hành, giỏm sỏt và ủiều khiển cao cấp

Hệ thống truyền thụng: ghộp nối ủiểm-ủiểm, bus cảm biến/chấp hành, bus trường,

bus hệ thống

Hệ thống bảo vệ, cơ chế thực hiện chức năng an toàn

Cơ sở dữ liệu quá trình

Giao diện người - máy

Cảnh báo, báo động

Điều khiển cấp cao

Lập báo cáo

tự động

I/O Driver I/O Server

Hỡnh 1.2 Tổ chức truy cập

1.5 Mô hình phân cấp chức năng

1.5.1 Mô hình phân cấp

Toàn bộ hệ thống ñiều khiển giám sát ñược phân chia thành các cấp chức năng như hình vẽ minh hoạ dưới ñây:

Qu¶n lý c«ng ty

§iÒu khiÓn gi¸m s¸t

§iÒu hµnh s¶n xuÊt

Việc phân cấp chức năng sẽ tiện lợi cho việc thiết kế hệ thống và lựa chọn thiết bị Tuỳ thuộc vào mức ñộ tự ñộng hoá và cấu trúc hệ thống cụ thể mà ta có mô hình phân cấp chức năng

Cấp chấp hành: Các chức năng chính của cấp chấp hành là ño lường, dẫn ñộng và

chuyển ñổi tín hiệu trong trường hợp cần thiết Thực tế, ña số các thiết bị cảm biến hay chấp hành cũng có phần ñiều khiển riêng cho việc thực hiện ño lường - truyền ñộng ñược chính xác và nhanh nhạy Các thiết bị thông minh (có bộ vi xử lý riêng) cũng có thể ñảm nhận việc xử lý và chuẩn bị thông tin trước khi ñưa lên cấp trên ñiều khiển

Cấp ñiều khiển: Nhiệm vụ chính của cấp ñiều khiển là nhận thông tin từ các bộ cảm

biến, xử lý các thông tin ñó theo một thuật toán nhất ñịnh và truyền ñạt lại kết quả xuống các bộ chấp hành Máy tính ñảm nhận việc theo dõi các công cụ ño lường, tự thực hiện các thao tác nhấn nút mở, ñóng van, ñiều chỉnh cần gạt, núm xoay…ðặc tính nổi bật của cấp ñiều khiển là xử lý thông tin Cấp ñiều khiển và cấp chấp hành hay ñược gọi chung là cấp trường (Field level) chính vì các bộ ñiều khiển, cảm biến và chấp hành ñược cài ñặt trực tiếp tại hiện trường gần kề với hệ thống kỹ thuật

Cấp ñiều khiển giám sát: có chức năng giám sát và vận hành một quá trình kỹ thuật,

có nhiệm vụ hỗ trợ người sử dụng trong việc cài ñặt ứng dụng, thao tác theo dõi, giám sát vận hành và xử lý những tình huống bất thường Ngoài ra trong một số trường hợp, cấp này còn thực hiện các bài toán ñiều khiển cao cấp như ñiều khiển phối hợp, ñiều khiển trình tự và ñiều khiển theo công thức Việc thực hiện các chức năng ở cấp ñiều khiển và giám sát thường không ñòi hỏi phương tiện, thiết bị phần cứng ñặc biệt ngoài máy tính thông thường

Thông thường người ta chỉ coi ba cấp dưới thuộc phạm vi của một hệ thống ñiều khiển

và giám sát Tuy nhiên biểu thị hai cấp trên cùng (Quản lý công ty và ðiều hành sản xuất) sẽ giúp ta hiểu thêm một mô hình lý tưởng cho cấu trúc chức năng tổng thể cho các công ty sản xuất công nghiệp Gần ñây, do nhu cầu tự ñộng hoá tổng thể kể cả ở các cấp ñiều hành sản xuất và quản lý công ty, việc tích hợp hệ thống và loại bỏ các

cấp trung gian khơng cần thiết trong mơ hình chức năng trở nên cần thiết Cũng vì thế, ranh giới giữa cấp điều hành sản xuất nhiều khi khơng rõ ràng, hình thành xu hướng hội nhập hai cấp này thành một cấp duy nhất gọi chung là cấp điều hành

1.5.2 Chức năng nhiệm vụ từng cấp

Một hệ thống sản xuất cơng nghiệp thường được tổ chức phân nhiệm thành nhiều cấp quản lý Mỗi cấp cĩ nhiệm vụ đo lường, thu thập và điều khiển riêng lên những đối tượng trong hệ thống Các đối tượng máy mĩc thường lắp đặt trong địa phương của cấp quản lý phân xưởng xí nghiệp cấp dưới đồng thời cũng cĩ một đặc điểm nữa là một đối tượng tuy thuộc giám sát, điều khiển của cấp trên về mặt sản xuất nhưng cũng thuộc sự giám sát, điều khiển vật lý cụ thể về mặt vận hành chuẩn đốn và bảo dưỡng của các cấp khác thấp hơn Những điều này là cơ sở chỉ đạo cho việc tổ chức các cấp SCADA quản lý hệ thống sản xuất ngày nay Những nguyên tắc chính sau:

Thơng thường về tổ chức kết cấu của mỗi cấp quản lý được trợ giúp tự động hố bằng một hệ SCADA của cấp ấy Cấp SCADA phân xưởng ở cấp dưới thấp sẽ thực hiện việc thu thập số liệu trên máy mĩc phân xưởng cĩ sự phân loại rõ máy mĩc thiết bị nào được quản lý về sản xuất bởi cấp SCADA nào Các số liệu phân loại này sẽ được các SCADA truyền tin báo cáo từ cấp dưới lên cấp trên theo nhịp gọi của các SCADA cấp cao hơn một cấp cho đến cấp cần thu thập dữ liệu, hiển thị, in ấn, sử dụng cho điều khiển sản xuất ở các cấp

Mỗi cấp sẽ thực hiện bài tốn phân tích, tính tốn được giao và tính được ra các lệnh thao tác thay đổi tăng hay giảm chỉ tiêu đĩng cắt các đối tượng của mình, qua hệ truyền tin gửi lệnh đĩ đến cấp SCADA cĩ liên quan để thực hiện ðể giải quyết những bài tốn điều khiển phân tích riêng này của mình, thì SCADA mỗi cấp thường được trang

bị thêm những phần cứng máy tính, phần mềm phân tích chuyên dụng Những thiết bị này lấy số liệu hiện hành từ SCADA cung cấp để giải bài tốn đĩ và xuất ra kết quả cho người vận hành và cho hệ SCADA

Chức năng của mỗi cấp SCADA cung cấp những dịch vụ sau:

Thứ nhất: là thu thập từ xa (qua ñường truyền số liệu) các số liệu về sản xuất và tổ

chức việc lưu giữ trong nhiều loại cơ sở dữ liệu (số liệu lịch sử về sản xuất, sự kiện thao tác, báo ñộng)

Thứ hai: là dùng các dữ liệu trên ñể cung cấp các dịch vụ về ñiều khiển, giám sát hệ

sản xuất

Thứ ba: là hiển thị báo cáo tổng kết về quá trình sản xuất (trang màn hình, trang ñồ

thị, trang sự kiện, trang báo ñộng, trang báo cáo sản xuất)

Thứ tư: là ñiều khiển từ xa quá trình sản xuất (ñóng cắt các máy móc thiết bị, tăng

giảm nấc phân áp)

Thứ năm: là thực hiện các dịch vụ về truyền số liệu trong hệ và ra ngoài (ñọc viết số

liệu PLC/RTU (Remote Teminal Unit), gửi trả lời các bản tin yêu cầu của cấp trên về

số liệu, về thao tác hệ)

Nhìn chung SCADA là một hệ kết hợp phần cứng và phần mềm ñể tự ñộng hoá việc quản lý giám sát ñiều khiển cho một ñối tượng sản xuất công nghiệp Tuỳ theo yêu cầu

cụ thể của bài toán tự ñộng hoá ta có thể xây dựng hệ SCADA thực hiện một số những

nhiệm vụ tự ñộng hoá như: thu thập giám sát từ xa về ñối tượng, ñiều khiển ñóng

cắt từ xa lên ñối tượng, ñiều chỉnh tự ñộng từ xa với các ñối tượng và các cấp quản lý

Các chức năng ñó mỗi thứ ñều có những yêu cầu ñặc biệt ñối với các bộ phận phần cứng, phần mềm, phần chuyên trách của SCADA Cụ thể là phần ño, giám sát từ xa cần bảo ñảm thu thập dữ liệu hiển thị in ấn ñủ những số liệu cần cho quản lý kỹ thuật Phần ñiều khiển thao tác xa phải ñảm bảo ñược việc kiểm tra ñóng cắt an toàn, ñúng ñắn Phần truyền tin xa phải quy ñịnh rõ các nhiệm vụ truyền số liệu hiện trường, ñặc

biệt là thủ tục truyền với các SCADA cấp trên

1.6 Kết luân Sau khi nghiên cứu, tìm hiểu về hệ thống ñiều khiển và giám sát tôi ñã:

Hiểu ñược khái quát hóa về hệ thống SCADA: là một hệ thống ñiều khiển giám sát

và thu thập dữ liệu, nói một cách khác là một hệ thống hỗ trợ con người trong việc giám sát và ñiều khiển từ xa, ở cấp cao hơn hệ ñiều khiển tự ñộng thông thường

Lựa chọn ñược hệ thống SCADA xử lý ñồ họa thông tin thời gian thực, làm nòng cốt xây dựng luận văn

Biết ñược cấu trúc chung của hệ SCADA, từ ñó lựa chọn mô hình phân cấp sử dụng

cho luận văn bao gồm: Cấp chấp hành; Cấp ñiều khiển; Cấp giám sát, hiển thị và

cảnh báo

CHƯƠNG 2 KHẢO SÁT MÔ HÌNH NHÀ MÁY NHIỆT ðIỆN

V10CF/D0/125

2.1 Giới thiệu về mô hình nhà máy nhiệt ñiện

Mô hình nhà máy nhiệt ñiện V10CF/D0/125 là mô hình sử dụng hơi nước (120kg/h) ñược thể hiện trong hình 2.1 dưới ñây:

Hình 2.1 Hình ảnh tổng thể của mô hình nhà máy nhiệt ñiện

Và sơ ñồ tổng thể về mặt công nghệ của mô hình ñược thể hiện trong hình 2.2:

Hình 2.2 Sơ ñồ công nghệ của mô hình nhà máy nhiệt ñiện

* Mô hình bao gồm các khối cụ thể sau:

1 – Khối xử lý nước ñầu vào (A):

A1- Trong khối này có bộ phận làm mềm nước bằng plastic A1 với lưu lượng 100L/h A2- Làm nhiệm vụ trung hoà nước trước khi sử dụng

QA- ðo lưu lượng khối của nguồn nước vào

FA- Bộ lọc nước

PA- Giám sát áp suất của nguồn nước vào

2 – Khối nguồn nước vào (M):

M1- Bể chứa nước bằng thép có sơn lớp bảo vệ epoxy, dung tích 300L

TM- ðo nhiệt ñộ nước

LM- Thiết bị báo mức nước

FM1, FM2- Các bộ lọc nước

3 – Khối bình ngưng (B):

B1- Bình ngưng kiểu ống với hệ thống ñiều khiển áp suất và nhiệt ñộ

Thông số kỹ thuật:

- Áp suất chân không: 735-1000mmHg

- Tốc ñộ dòng chảy mong ñợi: 7-15m3/h

- Tốc ñộ làm việc: 8-12l/min

B2- Bộ trao ñổi nhiệt

QB- Bộ ño lưu lượng nước làm nguội trong bình ngưng

TB1, TB2, TB3, TB4- Các bộ ño nhiệt ñộ của nước và của hơi

4 – Khối nhiên liệu:

C1- Bể chứa nhiên liệu: dầu hoặc gaz, dung lượng 100L

LC- Thiết bị báo mức nhiên liệu

TC- Thiết bị ño nhiệt ñộ bể chứa nhiên liệu

VC- Van an toàn

5 – Khối tạo hơi nước (D):

D1- Lò hơi

- Dung lượng: 120 kg/h

- Áp suất max: 72000 kcal/h

- Áp suất biểu kiến: 12bar

- Áp suất làm việc 10bar

- Nhiên liệu tiêu tốn: 8kg/h (gaz)

D2- Buồng ñốt khí gar kiểu công nghiệp

D3- Bơm nước kiểu piston: 12l/h; áp suất 12bar

D4- Ống thoát khói bằng hợp kim (thép-kẽm), chiều dài chuẩn 12m

FD-Bộ lọc nhiên liệu

VD1- Van tự ñộng tháo nước ngưng

VD2- Van an toàn sôi

PD1- Bộ chuyển áp suất hơi lớn nhất

PD2- Bộ chuyển áp suất hơi an toàn

PD3- Máy ño áp suất hơi

TD4- Máy ño áp suất buồng ñốt

TD- Bộ ñiều nhiệt số của hơi

QD- Bộ ño lưu lượng khống chế nguồn nước vào

6 – Khối ño lưu lượng của hơi quá nhiệt (E):

E1- Ống thu hẹp mẫu ñặt trực tiếp trong ống hơi

PE- ðo áp suất vi sai ñể tính lưu lượng

E2, E3- Bình chứa chất cặn trong quá trình vận hành

7 – Khối sử dụng hơi nước (H):

H1: Turbine hơi, hoạt ñộng trong trường hợp áp suất thấp hoặc chân không, kết hợp với bộ ñiều tốc ly tâm

ðặc tính kỹ thuật:

- Công suất: 1KW

- Tốc ñộ: 3000 vòng/phút

- Có thiết bị dừng bằng tay khi có trường hợp khẩn cấp

VH1- Van ñiều chỉnh tốc ñộ dòng chảy hơi vào bằng tay

VH2, VH3, VH4- Van tháo nước ngưng tụ tự ñộng

FH1, FH2, FH3, FH4, FH5- Các bộ lọc hơi

PH1- Bộ ño áp suất hơi turbine vào

PH2- Bộ ño áp suất chân không dòng chảy xuống của turbine

TH1, TH2- ðo nhiệt ñộ vào ra của turbine sử dụng PT100

- Khối thay ñổi tải cho máy phát H2

- ðo ñiện áp, dòng của máy phát H2

- Hiển thị tốc ñộ quay của máy phát

- Hiển thị ñộ xoắn của máy phát H2

- Tải ñiện trở cho máy phát H2

- Hiển thị nhiệt ñộ theo lựa chọn của người vận hành( PT100)

ðiện áp cung cấp: 3 pha, tần số 50/60Hz, công suất 1kw

* Qui trình công nghệ ñược trình bày tóm tắt như sau:

Nước ñược lấy từ nguồn nước vào (M) qua khối xử lý (A) gồm có: bộ lọc nước, qua

ño lưu lượng, nước sau khi ñược làm mềm và ñược dẫn vào bình chứa (M1)

Nước từ bình chứa ñược bơm kiểu piston (D3) bơm vào các ống trong lò hơi (D1) Nhiên liệu dầu trong bể chứa (C1) ñược xả xuống buồng ñốt và ñốt nóng các ống dẫn nước Khi nhiệt ñộ của nước trong ống dẫn lớn hơn 1000C thi nước bắt ñầu bốc hơi Hơi nước dẫn qua các van an toàn, ñược ñồng hồ ño áp suất vi sai (PE) ño ñể tính lưu lượng Sau ñó hơi ñược ñiều chỉnh tốc ñộ dòng chảy bằng tay (VH1) ñưa vào turbine, làm turbine quay kéo theo quay máy phát ñiện

Hơi sau khi qua turbine ñược ñưa về bình ngưng (B1) và ngưng tụ lại thành nước, sau

ñó ñươc bơm chân không (B3) ñể bơm nước ñến nguồn nước cung cấp (M1)

2.2 Hiện trạng của mô hình nhà máy nhiệt ñiện

Sau khi khảo sát mô hình nhà máy ñiện, chúng tôi có một số nhận xét sau:

- Do mô hình lâu ngày không hoạt ñộng, cần phải bảo dưỡng lại thiết bị

- Phần mềm hệ thống giám sát bằng Vi ñiều khiển bị hỏng, ñồng hồ hiển thị bằng cơ

- Vì mô hình hoạt ñộng bằng tay, do vậy cần thiết phải tự ñộng hoá bằng hệ thống ño lường ñiều khiển có giám sát trên máy tính

2.3 Giải pháp tự ñộng hóa cho mô hình nhà máy nhiệt ñiện

2.3.1 Bảo dưỡng, vận hành lại mô hình nhà máy nhiệt ñiện

Trong thực tế, tất cả các hệ thống muốn hoạt ñộng hiệu quả, ít hỏng hóc thì công tác bảo dưỡng là một yếu tố quan trọng Thường quá trình bảo dưỡng ñược thực hiện một năm một lần theo quy trình bảo dưỡng công nghiệp

ðối với mô hình nhà máy nhiệt ñiện, ñược trang bị trong một thời gian dài, chưa ñược bảo dưỡng, do vậy việc vận hành hết sức khó khăn Nhiều khi các khối hoạt ñộng không ñược ñồng bộ với nhau, dễ sinh ra hỏng hóc thiết bị Vậy việc bảo dưỡng cho

toàn bộ hệ thống là cấp thiết

- Việc bảo dưỡng ñược thực hiện từ nguồn nước vào, khối tạo hơi nước, ñến bộ phận

turbine và khối máy phát

- Thay thế một số thiết bị lọc nước, bộ phận làm mềm nước cung cấp

- Recalibration các thiết bị ño và ñiều khiển

- Thay thế phần kích từ cho máy phát ñiện

2.3.2 Tự ñộng hoá cho mô hình nhà máy nhiệt ñiện

Hiện trạng của mô hình nhà máy nhiệt ñiện này là hoạt ñộng bằng tay, việc ñiều khiển

và giám sát các quá trình của nhà máy ñang gặp những khó khăn, ñặc biệt là những quá trình xảy ra nhanh, cần có những ñáp ứng thời gian thực Do vậy việc tự ñộng hoá cho

mô hình nhà máy ñiện là vấn ñề cần thiết

ðối với mô hình này, một hệ ñiều khiển giám sát (SCADA) ñối với hệ thống này là phù hợp (giá thành ñầu tư và chất lượng của hệ thống)

ðể có ñược hệ SCADA cho mô hình này thì cần có 2 phần:

Phần 1: Thiết bị phần cứng.

Cấu trúc phần cứng ñược trình bày như hình 2.4 dưới ñây:

Hình 2.4 Sơ ñồ cấu trúc của hệ SCADA cho mô hình nhà máy ñiện

Phần 2: Phần mềm ñiều khiển giám sát

Viết phần mềm ñiều khiển giám sát và thực hiện một số ñiểm, cho ñiều khiển mô hình nhà máy nhiệt ñiện

2.3.3 Yêu cầu bài toán thực tế cho giám sát mô hình nhà máy nhiệt ñiện

Qua khảo sát thực tế thì số ñiểm cần phải giám sát tự ñộng ñược tổng hợp (trong bảng 2.1 sau):

Bảng 2.1 Các ñại lượng và số lượng ñiểm cần giám sát tự ñộng

Lưu lượng

Theo bảng khảo sát trên, tổng số ñiểm cần giám sát là 25 ñiểm

Số lượng ñiểm giám sát thực hiện trong luận văn này là: 8 ñiểm bao gồm: 4 ñiểm ño

nhiệt ñộ, 1 ñiểm ño áp suất, 1 ñiểm ño tốc ñộ máy phát, 1 ñiểm ño ñiện áp và 1 ñiểm ño dòng ñiện, ñược thể hiện trên hình 2.5 sau:

Hình 2.5 Sơ ựồ các ựiểm ựo của mô hình nhà máy nhiệt ựiện

Trên (hình 2.5) ựã chỉ rõ 8 ựiểm cần khảo sát là: nhiệt nước ngưng; nhiệt lò ựốt; nhiệt bao hơi; nhiệt bảo ôn; áp suất hơi; ựiện áp máy phát; dòng ựiện tải; tốc ựộ máy phát

2.4 Kết luận.Qua khảo sát thực tế mô hình nhà máy nhiệt ựiện V10CF/D0/125 ựã thu ựược các kết quả sau:

Hiểu ựược chức năng các khối và qui trình công nghệ của mô hình (hình 2.2)

Biết ựược thực trạng của mô hình là: chưa hoạt ựộng và ựiều khiển bằng tay Từ ựó

ựã ựưa ra ựược các giải pháp về tự ựộng giám sát và cảnh báo

đã khảo sát ựược 25 ựiểm cần giám sát, trong ựó lựa chọn 8 ựiểm ựặc trưng ựể thu thập, giám sát và cảnh báo (hình 2.5)

CHƯƠNG 3 GIẢI PHÁP THỰC HIỆN

3.1 Lựa chọn cấu trúc phần cứng cho hệ ñiều khiển giám sát:

Qua nghiên cứu lý thuyết và thực tế lắp ráp, vận hành nhiều năm trong các hệ thống công nghiệp, chúng tôi ñưa ra bảng chỉ tiêu so sánh sau:

Bảng 3.1 So sánh ñặc ñiểm các nguyên lý ñiều khiển chính

trong công nghiệp.

ðơn giản

Khó Khó

Rất khó

Dễ thay ñổi ñiều

khiển

Lắp ñặt ñơn giản Mất thời gian

Mất thời gian Mất thời gian

Lắp ñặt

Trung bình Kém

Kém Kém

Công tác bảo trì

Trung bình Có

Có Không

Khả năng ñiều

khiển phức tạp

Tốt Trung bình

Tốt Xuất sắc

Khả năng chống

nhiễu

Nhanh Khá nhanh

Nhanh Chậm

Tốc ñộ ñiều khiển

Gọn Rất gọn

Gọn Lớn

Kích thước vật lý

Trung bình Thấp

Thấp Khá thấp

Giá thành từng chức

năng

PLC

Vi ñiều khiển Mạch số

Relay Chỉ tiêu so sánh

Từ bảng so sánh ta thấy PLC có các ñặc ñiểm vượt trội về phần cứng cũng như phần mềm Sự vượt trội này làm cho nó trở thành bộ ñiều khiển ñược sử dụng ngày càng rộng rãi trong công nghiệp

- Căn cứ vào số lượng ñầu vào/ra của hệ thống, và các thông số kỹ thuật cơ bản của các

CPU cùng các module mở rộng của PLC S7-300

- Dựa trên các thiết bị sẵn có của mô hình nhà máy nhiệt ñiện và của phòng thí nghiệm

Khoa Công nghệ tự ñộng của trường ðH ðIỆN LỰC HÀ NỘI, chúng tôi triển khai sử

dụng PLC S7-300 của Siemens và phần mềm của hãng ñể ứng dụng vào mô hình này

Thiết bị chọn cụ thể như sau:

Chọn PLC S7-300 CPU 313C của Siemens, ñã có sẵn ở phòng thí nghiệm (ðây là loại compack, có số lượng ñầu vào/ra hạn chế DI24/DO16; AI5/A02) Do vậy cần bổ

sung thêm Module tương tự ñể tăng số lượng vào/ra phù hợp với yêu cầu của luận văn

Bổ sung thêm 1 Module Analog SM 331 có 8AI 13 bits với các thông số kỹ thuật: 8

kênh vi sai chia làm hai nhóm, ñộ phân giải 12 bits + bits dấu, cụ thể ñược miêu tả (trong bảng 3.2 sau):

Bảng 3.2 Miêu tả dải ño của Module Analog SM 331 8AI 13 bits

3.1.2 Sơ ñồ ñấu dây ñầu vào module SM 331 8AI 13 bits

Phương pháp ñấu nối kỹ thuật của Module Analog SM 331 8AI 13 bits ñối với từng

loại tín hiệu ñầu vào (các khối theo từng sơ ñồ ñấu nối kỹ thuật là tương ñương nhau) 3.1.2.1 ðầu vào là V:

Khối 1: dải ño ñầu vào gồm có: ± 5V, 10V, 1 5V, 0 10V

Khối 2: dải ño ñầu vào gồm có: ± 50 mV, ± 500 mV, ± 1V

Hình 3.2 Sơ ñồ ñấu dây kỹ thuật khi ñầu vào là V

3.1.2.2 ðầu vào là mA: (Dải ño: 2 dây: 4-20mA; 4 dây: 0-20mA hoặc ±20mA)

Hình 3.3 Sơ ñồ ñấu dây kỹ thuật khi ñầu vào là mA

3.1.2.3 Sơ ñồ ñấu các cảm biến vào module SM331

Hình 3.4 Sơ ñồ ñấu dây các cảm biến vào module SM331

Dựa theo các thông số kỹ thuật của Module tương tự như trên, ta có thể tùy chọn các loại cảm biến ñể phù hợp với yêu cầu của bài toán kỹ thuật

Thiết kế, chế tạo panel giắc cắm I/O từ các sensor ño thông số của mô hình tới các ñầu vào của Module

Thiết kế, chế tạo panel Mimic mô tả hoạt ñộng của mô hình, phục vụ cho việc giám sát hiện trường

Hệ thống cảm biến và thiết bị cảnh báo Căn cứ vào các giải pháp ñã lựa chọn, danh mục các cảm biến và thiết bị chấp hành cần có (trong bảng 3.3)

M

2 DMU L+

M

Bảng 3.3 Hệ thống cảm biến và thiết bị cảnh báo

TT

1 Cảm biến nhiệt ñộ nước ñầu vào loại PT100 1

2 Cảm biến nhiệt ñộ bay hơi loại PT100 1

3 Cảm biến nhiệt ñộ lò hơi loại PT100 1

4 Cảm biến nhiệt ñộ bảo ôn loại PT100 1

5 Cảm biến ño áp suất hơi ñể tính lưu lượng 1

3.2 Nghiên cứu kỹ thuật phần cứng hệ SIMATIC PLC – S7 300

3.2.1 Những khái niệm chung về PLC

PLC (Programmable Logic Control), là loại thiết bị ñiều khiển logic khả trình, cho

phép thực hiện linh hoạt các thuật toán ñiều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thực hiện thuật toán ñó bằng mạch số Như vậy, với chương trình ñiều khiển, PLC trở thành bộ ñiều khiển nhỏ gọn, dễ thay ñổi thuật toán và ñặc biệt dễ trao ñổi thông tin với môi trường xung quanh (với các PLC khác hoặc máy tính) Toàn

bộ chương trình ñược lưu nhớ trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình

(khối OB, FC hoặc FB) và ñược thực hiện lặp theo chu kỳ của vòng quét (scan)

ðể thực hiện ñược một chương trình ñiều khiển, tất nhiên PLC phải có tính năng như

một máy tính, nghĩa là phải có một bộ vi xử lý (CPU), một hệ ñiều hành, bộ nhớ ñể lưu chương trình ñiều khiển, dữ liệu và tất nhiên phải có các cổng vào/ra ñể giao tiếp với ñối tượng ñiều khiển và ñể trao ñổi thông tin với môi trường xung quanh Bên cạnh ñó, nhằm phục vụ bài toán ñiều khiển số, PLC còn cần phải có thêm các khối lượng chức năng ñặc biệt khác như bộ ñếm (Counter), bộ thời gian (Timer) và những khối hàm

ra ñời của PLC ñã ñáp ứng ñược những yêu cầu sau:

CPU Bộ nhớ chương trình

Khối vi xử lí trung tâm

+

Hệ ñiều hành

Bộ ñệm vào / ra

Timer

Bộ ñếm Bít cờ

Cổng vào/ra onboard Cổng ngắt và ñếm tốc ñộ cao

Quản lý ghép nối

Bus của PLC

Hình 3.5 Nguyên lý chung về cấu trúc của một bộ ñiều khiển logic khả trình (PLC).

ðiều khiển linh hoạt dựa trên khả năng lập trình và thay ñổi chương trình cần ñiều khiển do vậy chi phí giảm, giảm thời gian thiết kế và ñáp ứng ñược nhiều bài toán khác nhau

Có cấu trúc module, dễ dàng lắp ñặt, thay ñổi cấu trúc linh hoạt trong sử dụng ñơn giản trong bảo dưỡng, sửa chữa cũng như phát triển hệ thống sau này

ðộ tin cậy rất cao, ñáp ứng ñược những yêu cầu khắt khe trong quá trình sản xuất, giảm thiểu các thiệt hại khi bị hỏng hóc

Toàn bộ chương trình ñiều khiển ñược lưu trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình (khối OB, FC, FB) và ñược thực hiện lặp theo chu kỳ của vòng quét (scan)

ðể thực hiện ñược môt chương trình ñiều khiển, tất nhiên PLC phải có tính năng như một máy tính, nghĩa là phải có một bộ vi xử lý (CPU), một hệ ñiều hành, bộ nhớ ñể lưu chương trình ñiều khiển, dữ liệu và tất nhiên là phải có các cổng vào/ra ñể giao tiếp ñược với ñối tượng ñiều khiển và ñể trao ñổi thông tin với môi trường xung quanh Bên cạnh ñó, nhằm phục vụ bài toán ñiều khiển số

3.2.2 Các module của PLC S7-300

Module CPU

Module CPU là loại module có chứa bộ vi xử lý, hệ ñiều hành, bộ nhớ, các bộ thời gian, bộ ñếm, cổng truyền thông (RS485)… và có thể có một vài cổng vào ra số Các cổng vào ra số có trên module CPU ñược gọi là cổng vào ra onboard

Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại module CPU khác nhau Nói chung chúng ñược ñặt tên theo bộ vi xử lý có trong nó như module CPU312, module CPU314, module CPU313C, module CPU315

Module mở rộng

Các loại module mở rộng ñược chia thành 5 loại chính:

1 PS (Power supply) Module nguồn nuôi

2 SM (Signal module) Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra

3 IM (Interface module) Module ghép nối

4 FM (Function module) Module có chức năng ñiều khiển riêng

5 CP (Communication module) Module phục vụ truyền thông trong mạng giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính

Các module gắn trên thanh ray như hình dưới, mỗi ray có thể gắn tối ña ñược 8

module SM/FM/CP ở bên phải CPU, tạo thành một rack kết nối với nhau qua bus connect gắn ở mặt sau của module Mỗi module ñược gắn một slot tính từ trái qua phải, module nguồn là slot1, module CPU là slot2, module kế tiếp có thể là các module vào

ra digital, analog hoặc là các module ứng dụng khác và có số bắt ñầu từ slot 4 Bố trí thứ tự các module trên ray (theo hình 3.6)

Hình 3.6 Sơ ñồ bố trí các Module của PLC

Nếu có nhiều module thì bố trí thành niều rack (trừ CPU312IFM và CPU313 chỉ có một rack), CPU ở rack 0, slot2, kế ñó là module phát IM360, slot 3, có nhiệm vụ kết nối rack 0 với rack 1, 2, 3 trên mỗi rack này có module kết nối thu IM361, bên phải module IM là các module SM/FM/CP Cáp nối hai module IM dài tối ña là 10m Các module ñược ñánh số theo slot và dùng làm cơ sở ñể ñặt ñịa chỉ ñầu cho các module ngõ I/O tín hiệu ðối với CPU 315-2DP, 316-2DP, 318-2DP có thể gán ñịa chỉ tuỳ ý cho các module

Bảng 3.4 Qui tắc xác ñịnh ñịa chỉ cho các module số và module tương tự

Mỗi ñịa chỉ ứng với một byte, với các module số ñịa chỉ một ngõ vào hay ra là: (x; y)

x là ñiạ chỉ byte, y có giá trị từ 0 ñến 7 Ví dụ module SM321 DI 32 có 32 ngõ vào gắn

kế CPU slot 4 có ñịa chỉ là I0.y, I1.y, I2.y… I là ký hiệu chỉ ngõ vào số Module analog

có ñịa chỉ theo word (Xem bảng 3.5)

Module CPU 313C (DI24/DO16;AI5/A02 12bits):

- Có 24 ñầu vào số, ñịa chỉ từ: I124.0 ñến I126.7; có 16 ñầu ra số, ñịa chỉ từ: Q124.0 ñến Q125.7

- Có 5 ñầu vào tương tự, ñiạ chỉ từ: PIW752 ñến PIW761, có 2 ngõ ra: có ñịa chỉ từ: PQW752 ñến PQW755

Module SM331 AI8 13bits:

- Có 8 ñầu vào tương tự: ñịa chỉ từ PIW256 ñến PIW271